Công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM

LỜI NÓI ĐẦU Vào cuối thập kỷ 80, sau một thời gian nghiên cứu ITU - T đã đưa ra kết luận sẽ triển khai một công nghệ mới, công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM trên mạng dịch vụ băng rộng B - ISDN. Mạng B - ISD /ATM ra đời ngay lập tức đã đạt được các thành công to lớn do khả năng cung cấp các dịch vụ băng roọng khác nhau cũng như khả năng thích ứng tới với mọi công nghệ đường truyền. Mạng ATM công cộng đầu tiên trên thế giới được triển khai ở Mỹ từ năm 1993 - 1995 mang tên WILEL (nay là WORLD - COM). Mạng ATM ở Nhật mang tên JAPAN CAMPUS nối 22 trường đại học trên toàn bộ lãnh thổ Nhật đã hoàn thành vào tháng 5 - 1995 và ở Italia mang tên SOCRA nối 14 thành phố chủ chốt xây dựng năm 1995 - 1996. Hiện nay công nghệ ATM đã hoàn chỉnh đến mức mạng ATM có thể kết nối với tất cả các loại mạng hiện hữu và chuyển mạch ATM có thể thích nghi với các chủng loại tốc độ khác nhau. Với việc hoàn thiện của công nghệ ATM, của truyền dẫn SDH trên cáp sợi quang thì việc xây dựng một xa lộ thông tin cung cấp dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Service) trên mạng B - ISDN sẽ sớm có khả năng trở thành hiện thực trong những năm đầu của thế kỷ 21. Tuy nhiên công nghệ ATM là công nghệ phức tạp cũng như đòi hỏi chi phí rất cao và chỉ được ứng dụng mạng ở các công nghiệp tiên tiến. Thực tế ở Việt Nam, mạng ATM mới chỉ được ứng dụng trong mạng viễn thông quân sự mà chưa được ứng dụng trong mạng viễn thông Việt Nam. Như vậy có thể nói ATM vẫn còn là mới mẻ đối với chúng ta. Nhưng với xu hướng hội nhập và phát triển của đất nước hiên nay, chóng ta hoàn toàn có thể tin tưởng về việc xây dựng mạng ATM thực nghiêm tiến tới xây dựng một mạng ATM hoàn chỉnh ở Việt Nam là điều có thể dự báo trước trong một tương lai không xa. Nhận thức được điều này, em đã mạnh dạn dành toàn bộ thời gian thực tập và làm luận văn tốt nghiệp để nghiên cứu đề tài “Công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM và khả năng ứng dụng truyền thoại có phân bố băng thông động trên ATM”. Nội dung đồ án của em như sau: Chương 1: Các đặc điểm về công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM. Chương 2: Cấu trúc phân lớp, nhiệm vụ & chức năng các lớp chính trong mô hình tham chiếu B - ISDN. Chương 3: Dịch vụ giả mạch - Nguyên lý và các yêu cầu kết nối dịch vụ có cấu trúc Nx 64 Kb/s. Chương 4: Nghiên cứu dịch vụ giả mạch có phân bố băng thông động (DBCES). Chương 5: Mô hình ứng dụng truyền thoại trên ATM. Do vấn đề nghiên cứu còn mới mẻ, thời gian không nhiều cho việc tìm tòi và tiếp cận với một công nghệ mới cũng như giới hạn của bản thân, đồ án này chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong có được ý kiến đóng góp của các thầy, cô giáo, các anh chị đồng nghiệp, các bạn bè gần xa để đồ án có thể hoàn thiện hơn. Cuối cùng em xin gửi lời cám ơn chân thành tới thầy giáo hướng dẫn Đại tá Th.s Nguyễn Duy Chuyên, Trung uý. Ks Đoàn Minh Tân cùng toàn thể các anh trong phòng kỹ thuật - Truyền số liệu của trung tâm kỹ thuật công nghệ cao (Bé TLTT), những người đã giúp đỡ em rất nhiều trong suốt thời gian em làm đồ án. Hà nội, tháng năm 2003 Sinh viên Nguyễn Việt Hùng CHƯƠNG 1 CÁC ĐẶC ĐIỂM VỀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI KHÔNG ĐỒNG BỘ ATM 1.1. Sù ra đời của công nghệ ATM Mạng viễn thông trước đây có đặc điểm chung là chúng tồn tại riêng rẽ, ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có Ýt nhất một loại mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ dịch vụ đó. Ví dụ như:  Mạng Telex: dùng để gửi các bức điện dưới dạng ký tự đã được mã hoá. Tốc độ truyền rất thấp (75 - 300bps)  Mạng điện thoại công cộng: thông tin tiếng nói được số hoá và chuyển mạch quan hệ thông chuyển mạch điện thoại công cộng. Tốc độ tối đa 64 kbps.  Mạng truyền số liệu bao gồm: Mạng truyền mạch gói để trao đổi thông tin giữa các máy tính và mạng truyền số liệu chuyển mạch kênh.  Hệ thống truyền hình quảng bá: sử dụng sóng vô tuyến truyền qua vệ tinh.  Mạng cục bộ LAN: thực hiện truyền số liệu trong phạm vi hẹp, tốc độ rất cao (vài chục đến vài trăm Mbps).  Mạng Internet: thực hiện truyền số liệu trên phạm vi toàn thế giới, tốc độ nhỏ (từ vài trăm đến vài nghìn bps). Chính điều này đã gây ra rất nhiều khó khăn trong việc thiết kế, vận hành, bảo dưỡng hệ thống như không thuận tiện cho khách hàng để đăng ký các dịch vụ mong muốn sử dụng. Bên cạnh đó xuất hiện các nhu cầu ngày càng tăng về các dịch vụ băng rộng như: Dịch vụ điện thoại truyền hình, điện thoại hội nghị, video theo yêu cầu (VOD), truyền hình số, truyền hình có độ phân giải cao (HDTV), dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao... Vì vậy dẫn đến yêu cầu ra đời một mạng liên kết đa dịch vụ có khả năng cung cấp dịch vụ đa phương tiện (Multimedia Service) thoả mãn mọi nhu cầu của xã hội thông tin hiện nay và trong kỷ nguyên thông tin sắp tới. Đó chính là mạng liên kết da dịch vụ băng rộng B - ISDN (Broadband - Intergrated Service Digital Network). Sù ra đời của B - ISDN mà cơ sở của nó là một công nghệ mới. Công nghệ này có khả năng tương thích với đường truyền công nghệ cao từ vài Mbps đến vài Gbps do đó có thể chấp nhận mọi thách thức của nhu cầu dịch vụ cũng như sự phát triển của công nghệ đường truyền. Đồng thời, nó có khả năng tương thích các loại dịch vụ từ truyền tiếng nói, hình ảnh với yêu cầu thời gian thực, độ trễ nhỏ đến các dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao yêu cầu tổn thất đường truyền nhỏ. Đó chính là công nghệ truyền tải không đồng bộ ATM. 1.2. Định nghĩa ATM ATM là công nghệ thiết kế cho việc truyền tải tốc độ cao của tiếng nói (voice), truyền hình (video), dữ liệu (data) thông qua mạng riêng và mạng công cộng sử dụng công nghệ chuyển tiếp tế bào. Các nghiên cứu về ATM được bắt đầu từ những năm 1980. Các chuẩn B - ISDN /ATM được công bố đầu tiên năm 1988 bởi ITU - T và từ đó đến nay ngày càng được hoàn thiện. Có 2 tổ chức cùng song song nghiên cứu trao đổi lẫn nhau để đưa ra các chuẩn hoá về ATM là ITU - T và ATM Forum. Những tiêu chuẩn mở của ATM được đưa ra chủ yếu bởi ATM Forum, đây là tổ chức được Cisco, NET /ADAPTIVE, Northern Telecom và Sprint lập ra năm 1991. ATM là viết tắt của từ Asynchronous Transfer Mode là phương thức truyền tải không đồng bộ, trong đó thuật ngữ “không đồng bộ” có nghĩa là tốc độ dữ lỉệu được truyền đi không nhất thiết ứng với một băng thông nhất định, điều này nói lên rằng việc truyền dẫn chỉ được thực hiện nếu như có dữ liệu thực được truyền đi, “Khồng đồng bộ” cũng để nói đến tính chất các thông tin xuất hiện trong hệ thống (các gói được truyền đi) có thể lặp lại bất thường không có chu kỳ. Ở đầu vào, các thông tin sẽ được nạp vào bộ đệm sau đó được cắt nhỏ thành các tế bào và được truyển tải qua mạng. Là công nghệ ghép kênh và chuyển mạch tế bào, ATM kết hợp được những ưu điểm của cả chuyển mạch kênh (trễ truyền dẫn không đổi, tốc độ bảo đảm) và chuyển mạch gói (linh hoạt, hiệu quả cao với những lưu lượng biến thiên). ATM có các đặc điểm quan trọng sau đây. • ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ cố định gọi là tế bào (Cell), các tế bào nhỏ cùng với tốc độ truyền dẫn lớn làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ yêu cầu thời gian thực, ngoài ra kích thước nhỏ và cố định cho phép thực hiện chuyển mạch ở phần cứng hiệu quả hơn so với những gói có kích thước thay đổi và tạo điều kiện cho việc kết hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng. • Dịch vụ kết nối trong ATM là có liên kết (connection - oriented service), cho phép định tuyến các tế bào thông qua mạng ATM dựa trên các kết nối ảo sử dụng các nhận dạng kết nối đơn giản ( khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo giúp cho việc định tuyến dễ dàng ) • Ghép kênh không đồng bộ cho phép sử dụng hiệu quả băng thông và ghép / tách dữ liệu với độ ưu tiên và kích thước khác nhau • Sự kết hợp của những đặc điểm trên cho phép ATM cung cấp các dịch vụ khác nhau cho các yêu cầu giữ liệu khác nhau và thiết lập dịch vụ yêu cầu tại thời điểm kết nối được thiết lập. Điều này có nghĩa là một kênh ảo của dịch vụ đưa ra có thể được đảm bảo ở một băng thống nhất định cũng như các tham số lưu lượng khác phục vụ cho kết nối này.  Chuyển mạch ATM và chuyển mạch gói Thực chất công nghệ ATM là một bước phát triển tiếp theo của công nghệ mạch gói (Packet Switching). Tuy nhiên có 2 đặc điểm khác nhau cơ bản giữa ATM và chuyển mạch gói • Thứ nhất: đối với chuyển mạch gói thông tin người sử dụng được chứa trong các gói có độ dài thay đổi (hiện nay kích thước các gói thường là 64/128 bytes). ATM sử dụng các tế bào in có độ dài cố định là 53 bytes. • Thứ hai: Chuyển mạch gói sử dụng phương thức kết nối thông tin không định hướng (Connectionless-oriented). Do đó chuyển mạch gói không có thể đảm bảo việc truyền tải các dịch vụ theo các yêu cầu về chất lượng của dịch vụ đó (QoS - Quality of Service). Trong khi đó ATM sử dụng phương thức kết nối truyền tải thông tin có hướng (Connection - oriented) nên các kết nối trong mạng ATM đảm bảo duy trì các trị số QoS tuỳ theo yêu cầu dịch vụ. 1.3. Nguyên lý ATM Trong mục này chúng ta sẽ tìm hiểu nguyên lý chung của ATM. Như chúng ta biết, một cách quản lý tốt các luồng thông tin lớn là cắt thông tin thành các gói càng nhỏ càng tốt để thuận lợi hơn cho quản lý. ATM không quan tâm thông tin là gì hoặc khuôn dạng của nó ra sao. Nó chỉ đơn giản là cắt thông tin thành các gói có độ dài bằng nhau còn gọi là các tế bào có gán tiêu đề để gói có thể được định tuyến tới tích của nó. Các tiêu đề trong ATM có chức năng chính là định tuyến và do vậy chúng có thể chuyển qua mạng mà không cần nhiều thao tác xử lý. Hình 1.1 miêu tả nguyên tắc trong ATM, tất cả các loại thông tin như dữ liệu (data), âm thanh (sound), hình ảnh động (moving pictures) hoặc ảnh tĩnh (still image)... đều có thể được phân chia thành các gói nhỏ có kích thước cố định (các cell) và được chuyển đi không qua tâm tới nội dung của gói đó.